某平臺(tái)注水緩沖罐含聚污水處理試驗(yàn)性改造

王 玉，張 超，崔 正

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津300452)

某平臺(tái)注水緩沖罐含聚污水處理試驗(yàn)性改造

王 玉，張 超，崔 正

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津300452)

中海石油(中國(guó))有限公司某平臺(tái)受注聚返出物影響日益明顯，在清罐作業(yè)后投用僅5個(gè)月罐內(nèi)再次出現(xiàn)大量含聚浮渣，多次造成注水增壓泵全停應(yīng)急事件。針對(duì)注水緩沖罐面臨的“危機(jī)”，提出注水緩沖罐頂部進(jìn)行開(kāi)孔的改造設(shè)想。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并結(jié)合優(yōu)化施工手段，最終成功實(shí)現(xiàn)了注水緩沖罐在線適應(yīng)性改造，達(dá)到了含聚污水處理方式的“降本增效”。

注水緩沖罐 含聚污油泥 在線開(kāi)孔 可燃?xì)饷芊?水力切割設(shè)備

0 引 言

中海石油(中國(guó))有限公司某平臺(tái)注水緩沖罐于2014年8月進(jìn)行清罐作業(yè)，清除含聚浮渣固相物質(zhì)達(dá)150,m3(占罐體有效容積270,m3的55%,)。而在2015年2月注水緩沖罐恢復(fù)生產(chǎn)短短的5個(gè)月時(shí)間內(nèi)，罐內(nèi)又再次積聚了大量的含聚污油泥等固相物質(zhì)。但限于罐體頂部未設(shè)計(jì)收油孔，最初只能采取拆除20,cm呼吸閥管線結(jié)合自制打撈工具的手段對(duì)含聚污油泥進(jìn)行簡(jiǎn)單的“勾拽”，自2015年3月至9月12日打撈出固相物質(zhì)約23.3,m3。但對(duì)于整個(gè)罐體14,000,mm×4,300,mm的水平投影面而言，20,cm管口覆蓋面很小，此措施收效甚微。期間注水增壓泵多次出現(xiàn)因?yàn)V器突然臟堵導(dǎo)致的全停應(yīng)急事件。

為保證工藝流程、設(shè)備運(yùn)行、外輸水質(zhì)的整體穩(wěn)定性，不得不將注水緩沖罐運(yùn)行液位由最初設(shè)計(jì)的3,000,mm不斷慢慢提升，打撈施工之前運(yùn)行液位已提升至3,800,mm(溢流液位4,200,mm)。在660,m3/h的瞬時(shí)量下，生產(chǎn)人員有效應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間僅為3～4,min。在上述狀態(tài)下運(yùn)行，不僅帶來(lái)因注水增壓泵全停導(dǎo)致上游限產(chǎn)的生產(chǎn)問(wèn)題，還因運(yùn)行液位的持續(xù)提升存在著較大的設(shè)備及環(huán)境方面的安全隱患。

1 改造限制因素分析

污水設(shè)備在線開(kāi)孔作業(yè)在渤海地區(qū)尚屬首例，沒(méi)有參考經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)整個(gè)改造過(guò)程中的孔蓋設(shè)計(jì)、施工工藝、密封試壓?jiǎn)栴}通盤(pán)考慮。在設(shè)計(jì)施工階段可能遇到的問(wèn)題包括：①孔蓋布局，避免與罐頂管線沖突的情況下，孔蓋布局要盡可能覆蓋罐體平面，以便將水體表層懸浮態(tài)含聚浮渣全部打撈出來(lái)；②注水緩沖罐密封介質(zhì)為可燃?xì)猓杩紤]安全施工方式；③收油孔與罐體的連接方式，要考慮改造后其連接強(qiáng)度及密封的有效性。

2 改造思路及對(duì)策

2.1 在線施工方式探索(見(jiàn)圖1)

圖1 注水緩沖罐氮?dú)庵脫Q試驗(yàn)方案示意圖Fig.1 Schematic of nitrogen displacement test scheme for waterflooding buffer tank

針對(duì)罐頂可燃?xì)饧岸杌瘑?wèn)題，專門(mén)進(jìn)行了注水緩沖罐氮?dú)庵脫Q試驗(yàn)。結(jié)果表明，在可測(cè)試區(qū)域內(nèi)可達(dá)到罐體惰化要求的含氧量≤5%,，但可燃?xì)鉂舛仁冀K處于超標(biāo)狀態(tài)(見(jiàn)圖2)。且罐體管線法蘭及甩頭集中于罐頂1/4區(qū)域內(nèi)，測(cè)試數(shù)據(jù)僅能代表被檢測(cè)區(qū)域。

圖2 注水緩沖罐氮?dú)庵脫Q試驗(yàn)中氧氣含量變化Fig.2 Chart of oxygen content variation during the test of nitrogen displacement for waterflooding buffer tank

為保證施工的安全、高效開(kāi)展，此項(xiàng)目決定采用對(duì)可燃?xì)夂恳笙鄬?duì)較低的冷切割方式開(kāi)展作業(yè)。

2.2 改造設(shè)計(jì)

通過(guò)查閱相關(guān)石化行業(yè)罐體設(shè)計(jì)、施工工藝等方面的資料，提出設(shè)計(jì)方案如下：

①孔蓋位置要避開(kāi)罐體外壁上的加強(qiáng)工字鋼(尺寸為920,mm×920,mm)，同時(shí)也要避開(kāi)罐內(nèi)壁上的加強(qiáng)角鋼，單個(gè)孔蓋尺寸為650,mm×650,mm(見(jiàn)圖3)。

圖3 注水緩沖罐頂部開(kāi)孔俯視圖Fig.3Top view of the opening at the top of waterflooding buffer tank

②收油孔法蘭與罐體采取螺栓連接方式，螺栓孔均勻布置在預(yù)制孔蓋內(nèi)側(cè)，防止罐內(nèi)氣體沿螺栓孔外溢(見(jiàn)圖4)。

③通過(guò)螺栓將預(yù)制的孔蓋緊固在罐體上，固定螺栓均從罐內(nèi)向上穿，螺母朝外，并采用止動(dòng)墊片和增加備母的雙重放松方式防止螺栓松落。連接密閉采用聚四氟乙烯墊片(見(jiàn)圖4)。

④用金屬膠對(duì)收油孔法蘭及罐體連接位置進(jìn)行粘合處理，強(qiáng)化密封性能。開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試壓。結(jié)合平臺(tái)注水緩沖罐日常運(yùn)行壓力情況，設(shè)定試驗(yàn)壓力為3,kPaG能夠滿足平臺(tái)要求。

⑤與罐體連接的罐頂收油孔法蘭處預(yù)留焊道，以備在停產(chǎn)檢修期間進(jìn)行焊接處理。

圖4 注水緩沖罐頂部開(kāi)孔孔蓋主視圖Fig.4 Plan view of the lid of the opening at the top of waterflooding buffer tank

2.3 陸地模擬實(shí)驗(yàn)及CCS強(qiáng)度校核

對(duì)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)陉懙剡M(jìn)行模擬密封性壓力試驗(yàn)(根據(jù)注水緩沖罐設(shè)計(jì)壓力1.5倍進(jìn)行實(shí)驗(yàn))，標(biāo)準(zhǔn)為：45,kPaG壓力保壓30,min無(wú)壓力降為合格標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)圖5)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示合格(見(jiàn)圖6)。

在連接方式試驗(yàn)合格的前提下，委托中國(guó)船級(jí)社(CCS)對(duì)罐體改造項(xiàng)目進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)論為罐頂應(yīng)力結(jié)果滿足要求，增加3個(gè)收油孔對(duì)罐體頂板沒(méi)有較大影響，對(duì)罐體頂板剛度有增強(qiáng)效果(見(jiàn)圖7)。

圖5 某平臺(tái)注水緩沖罐陸地模擬Fig.5Land simulation of a platform’s waterflooding buffer tank

圖6 模擬密封性試驗(yàn)情況Fig.6 Result of an encapsulation simulation test

圖7 CEPK平臺(tái)注水緩沖罐開(kāi)孔后罐頂應(yīng)力分布Fig.7 Stress distribution on top of the waterflooding buffer tank on CEPK Platform after its pore opening

3 現(xiàn)場(chǎng)改造施工

為保證在線開(kāi)孔作業(yè)施工的安全性、準(zhǔn)確性與快捷性，研究國(guó)內(nèi)外先進(jìn)施工工藝后，引進(jìn)與吸收國(guó)內(nèi)外適用技術(shù)，最終確定此項(xiàng)作業(yè)的最佳冷切割工具和施工步驟：在開(kāi)孔位置處畫(huà)出螺孔和需切割的收油孔，先用磁力鉆(見(jiàn)圖8)螺栓孔，過(guò)程中持續(xù)對(duì)螺孔位置進(jìn)行水冷卻；在需切割部件中心位置打兩個(gè)螺栓孔并攻絲，進(jìn)而擰上吊裝圓環(huán)螺栓，利用倒鏈吊住切割部件，再用高壓水射流裝置(見(jiàn)圖8)將650,mm× 650,mm的鋼板切下，完成開(kāi)孔。

圖8 磁力鉆(a/b)和高壓水射流裝置(c)Fig.8 Magnetic drill(a/b)and high pressure water jet device(c)

4 試驗(yàn)性改造應(yīng)用效果

開(kāi)孔作業(yè)結(jié)束立即進(jìn)行注水緩沖罐的頂部含聚污油泥打撈作業(yè)。截至2016年1月21日，119,d時(shí)間內(nèi)累計(jì)打撈含聚浮渣150,m3。

試驗(yàn)性改造后，打撈作業(yè)取得了顯著成效。經(jīng)1月22日的注水緩沖罐液位降低試驗(yàn)，液位可降至2,500,mm。目前運(yùn)行液位已由改造前高達(dá)3,800,mm降至投產(chǎn)設(shè)計(jì)的3,000,mm，基本解決了污水流程的關(guān)斷風(fēng)險(xiǎn)及高液位運(yùn)行的溢流風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)注水增壓泵、注水泵等設(shè)備故障率也隨之減少；注水增壓泵濾器臟堵情況大有改觀，清洗頻率明顯降低，較之前濾網(wǎng)清洗工時(shí)減少達(dá)50%,。

隨著打撈工作的開(kāi)展，平臺(tái)水質(zhì)得到了明顯的改善：污水含油由之前的30～32,mg/L降至目前的26～29,mg/L，懸浮物含量由之前的17～20,mg/L降至14～17,mg/L(見(jiàn)圖9)。

圖9 某平臺(tái)打撈前后水質(zhì)對(duì)比情況Fig.9 Comparison of the quality of injection water before-and-after removal

該項(xiàng)目得以順利實(shí)施，其收油孔設(shè)計(jì)及在線安裝方式在渤海各平臺(tái)尚屬首例，水力切割技術(shù)在渤海海上平臺(tái)也是首次應(yīng)用。以上創(chuàng)新改造及技術(shù)應(yīng)用均可為后續(xù)類似項(xiàng)目提供參考。

5 經(jīng)濟(jì)效益

隨著注聚返出物對(duì)流程影響日益嚴(yán)重，該平臺(tái)注水緩沖罐于2014年8月5日停產(chǎn)檢修期間進(jìn)行第1次清罐作業(yè)。此次作業(yè)共耗時(shí)60,h，清除含聚污油泥等固相成分150余m3，作業(yè)高峰時(shí)人數(shù)達(dá)到62人，總計(jì)投入2,244工時(shí)，施工費(fèi)用40萬(wàn)元。

按照2014年8月停產(chǎn)檢修之后的含聚污油泥生成速度計(jì)算，注水緩沖罐需每年至少進(jìn)行清罐作業(yè)1次，否則CEPK平臺(tái)污水流程存在隨時(shí)關(guān)斷，最終導(dǎo)致該油田一期各平臺(tái)停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)罐頂新增收油孔打撈作業(yè)的常規(guī)化，可每年節(jié)約清罐費(fèi)用40萬(wàn)元，節(jié)省自主打撈作業(yè)3,285工時(shí)/年，避免了因清罐作業(yè)導(dǎo)致的一期各平臺(tái)停產(chǎn)造成的原油產(chǎn)量損失。

6 結(jié) 語(yǔ)

面對(duì)注聚油田含聚污水處理難題，針對(duì)性地提出對(duì)注水緩沖罐進(jìn)行適應(yīng)性改造。結(jié)合優(yōu)化施工手段，成功實(shí)現(xiàn)了水力切割在海上油田的首次應(yīng)用。同時(shí)，改造后的注水緩沖罐實(shí)現(xiàn)了含聚浮渣的在線打撈，達(dá)到了含聚污水試驗(yàn)性改造的目的。■

［1］ 明星，楊佩. 淺析高壓水射流加工技術(shù)及應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù)，2013(12)：241-242.

［2］ 溫青，李凱峰，矯移山. 油田含聚廢水處理方法研究[J]. 應(yīng)用科技，2002，29(8)：65-66.

［3］ 余經(jīng)海. 工業(yè)水處理技術(shù)[M]. 2版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

The Redesign and Transformation of Sewage Mixed Polymer Treatment in Injection Water Surge Tank

WANG Yu，ZHANG Chao，CUI Zheng
(China National Offshore Oil Corporation(CNOOC)，Tianjin 300452，China)

Due to the increasingly negative impact of the polymer flooding，there has been a mass of oil residue mixed polymer in injection water surge tank on some offshore platforms of CNOOC. Since the last tank cleaning five months ago，it had caused the accidental-stop of water injection booster pump for many times．Therefore，we presented a proposal that making manholes on top of the injection water surge tank in response to the crisis．Through reffering to literature and experiments，we have accomplished the task of modification of the injection water surge tank．It makes sewage treatment more efficient and economic.

injection water surge tank；oil residue containing mixed polymer；manhole making；flammable gas seal；hydraulic cutter

TU992.3

：A

：1006-8945(2016)10-0121-04

2016-09-02